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環境条件が湿度計測に与える影響

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典型的な計測地点を選択
高温や低温のスポットは避け、計測対象の環境を代表する典型的な測定ポイントを選択してください。
扉、加湿器、熱源、空調装置の吸気口などに設置した変換器は、急激な湿度変化の影響を受けやすく、計測が不安定になることがあります。
相対湿度は温度に大きく依存するため、湿度センサが計測する空気や気体と同じ温度であることが重要です。2つの機器の湿度指示値を比較するときは、本体/プローブと計測する気体との熱平衡が特に重要になります。一方、露点計測は相対湿度とは異なり、温度に左右されません。しかし露点計測を行うときは、圧力条件を考慮する必要があります。

温度差に注意
プロセスに湿度プローブを設置するときは、プローブ本体の温度が低下しないよう注意が必要です。
プロセスの内部と外部環境に大きな温度差がある場合は、例えば、プローブ全体を内部に挿入し、ケーブルの差込口を断熱するなどの工夫が必要です。

結露の恐れがあるときは、ケーブルやプローブを伝って水滴が先端のセンサ部にたまらないように、プローブを水平に設置してください。(図1参照)


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図1:結露しやすい環境での湿度プローブの取り付け

また、センサ周辺の空気の流れを確保してください。スムーズな空気の流れにより、センサとプロセス温度が平衡状態になります。例えば、20°C、50%RHのとき、センサと計測エリアの温度が1°C違うと、3%RHの誤差が生じます。100%RHであれば、誤差は6%RHになります。(図2参照)


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図2:周囲空気とセンサの温度差が1°Cのときの100%RHにおける各温度の計測誤差 

高湿度環境に適した計測器
ここでは、相対湿度が90%を超える環境を高湿度環境とします。相対湿度が90%のとき、2°Cの温度差でセンサに結露が生じる可能性があります。換気されていないスペースであれば、乾燥するまでに数時間かかることもあります。ヴァイサラの湿度センサは結露からの回復機能を備えていますが、結露した水分が汚れていると、とりわけ塩分などがセンサに付着して計測精度に影響を及ぼします。センサの寿命が短くなりこともあります。結露が発生しやすい高湿度環境での計測には、ヴァイサラ HMT337 湿度温度変換器などの加温機能付きのセンサヘッドを備えたプローブをご使用ください。

低湿度環境に適した計測器
ここでは、相対湿度が10%未満の環境を低湿度環境とします。低湿度環境では、相対湿度計測器の校正精度が十分でない場合があります。しかし露点を計測できれば、湿度を把握する目安となります。
露点計測には、ヴァイサラDRYCAP®製品シリーズをご用意しています。
圧縮空気システムの乾燥機が故障して結露が発生してしまったときには、計測器の機能を回復する必要があります。このような場合、露点センサは故障・破損してしまうケースが多いですが、ヴァイサラのDRYCAP®露点センサは高湿度への耐久性に優れています。

超広域な温度・圧力条件に適した計測器
超広域な温度への継続的な暴露は、次第にセンサやプローブの材質に影響を及ぼします。そのため、過酷な環境に適した製品を選ぶことが大変重要になります。60°Cを超える環境では、変換器の電子回路部はプロセスの外部に設置し、高温対応のプローブのみを高温環境内に挿入します。さらに、温度の大幅な変動や極高温低温下での使用による誤差を抑えるために、温度補償機能が内蔵された機器を使用する必要があります。環境圧に近い工程での湿度計測では、わずかな圧力リークは許容範囲内であり、プローブやケーブルまわりをシーリングすることで低減できます。しかし、外部環境から隔絶する必要のある工程や、外部環境との間に大きな圧力差が存在する工程では、シーリングを施したプローブヘッドを適切に取り付けて使用しなければなりません。差込部分に圧力リークが起きると、その場所の湿度が変化し、測定値が不正確になります。
ボールバルブを使うことにより、プローブをプロセスのガスの流れから分離して使用することが出来ます。ボールバルブを使用すれば、メンテナンスの際もプロセスを停止させずにプローブを取り外すことができます。
(図3参照)


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図3:プロセス用パイプラインへのボールバルブの設置

露点計測にサンプリングシステムが必要な場合
高精度の計測と応答時間の即時性を確保するため、プローブはできるだけ工程内に直接設置すべきですが、常にそれが可能であるとは限りません。このような場合、ライン内に設置したサンプリングセルが計測用プローブの差込ポイントとしての役割を果たします。
なお、サンプリングシステムは温度変化が計測に影響を与えるため、相対湿度の計測には使用しないでください。ただし、サンプリングシステムを露点プローブと組み合わせて使用することは可能です。
露点計測におけるサンプリングシステムの用途としては、プロセスガスの温度低減や、粉塵汚染からのプローブの保護のほか、プロセス量を停止させずに機器の容易な脱着を可能にすることなどが挙げられます。露点サンプリングの最も簡単な組み合わせは、露点変換器をサンプリングセルに接続するものです。
ヴァイサラでは、一般的な業務用途やサンプリングニーズを満たす各種製品をご提供しています。

厳しいプロセス条件では、サンプリングシステムを綿密に構築する必要があります。露点は気圧に依存するため、流量計や圧力計、特殊チューブやフィルタ、ポンプなどが必要になる場合があります。
例えば、DM70用ヴァイサラ DRYCAP® ポータブルサンプリングシステム DSS70Aのフローチャートは、図4のようになります。
加圧システムの場合は、プロセス圧力によりサンプリングセルへの十分なフローを誘起できるため、サンプルポンプは必要ありません。サンプリングシステムを用いる場合、冷却コイルや接続チューブの周囲温度と露点温度との差が10°C以内のときは、チューブ内の結露を防ぐために、ヒーターで温めてください。


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図4:DSS70A サンプリングシステムは、気体浄化フィルタとサンプル流量制御用ニードルバルブで構成されています。また、非加圧プロセスではガスを流動させるためにサンプルポンプが必要となります。

危険環境への対応
爆発危険区域では、適切な認定を受けた製品以外は使用することができません。
そのため、故障時でも特定の種類の気体に引火するだけのエネルギーを発生させない、本質安全構造の製品が設計されています。本質安全構造製品の配線は、安全区域に置かれた絶縁バリアで隔絶することが求められます。ヴァイサラ HMT360シリーズ 本質安全防爆構造 湿度温度変換器は、そのような危険環境向けに設計された製品です。


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ヴァイサラ HUMICAP® HMT360シリーズ 本質安全防爆構造 湿度温度変換器は、危険環境や爆発危険区域での使用を想定して設計されています。